Design for Survival: Sustainability for Planet and Structure

Buildings in Port Aransas encounter drastic environmental challenges: the potential catastrophic storm surge and high winds from a hurricane, and daily conditions hostile to buildings, vehicles, and even most vegetation. Its location a few hundred feet from the Gulf of Mexico and near-tropical latitude expose buildings to continuous high humidity, winds laden with scouring sand and corrosive salt, and extremes of temperature and ultraviolet light. Building construction methods are able to address each of these, but doing so in a sustainable way creates significant challenges. The new research building at the Marine Science Institute has been designed and is being constructed to meet the demand for both survivability and sustainability. It is tracking towards formal certification as a LEED Gold structure while being robust and resistant to the harsh coastal environment. The effects of a hurricane are mitigated by elevating buildings and providing a windproof envelope. Ground-level enclosures are designed to be sacrificial and non-structural so they can wash or blow away without imposing damage on the upper portions of the building, and only non-critical functions and equipment will be supported within them. Design features that integrate survivability with sustainability include: orientation of building axis; integral shading from direct summer sunlight; light wells; photovoltaic arrays; collection of rainwater and air conditioning condensate for use in landscape irrigation; reduced impervious cover; xeriscaping and indigenous plants; recycling of waste heat from air conditioning systems; roofing system that reflects light and heat; long life, low maintenance stainless steel, high-tensile vinyl, hard-anodized aluminum and hot-dipped galvanized mountings throughout; chloride-resistant concrete; reduced visual impact; recycling of construction materials.

I. Quantum mechanics of one-dimensional two-particle models. II. A quantum mechanical treatment of inelastic collisions

Part I

Solutions of Schrödinger’s equation for system of two particles bound in various stationary one-dimensional potential wells and repelling each other with a Coulomb force are obtained by the method of finite differences. The general properties of such systems are worked out in detail for the case of two electrons in an infinite square well. For small well widths (1-10 a.u.) the energy levels lie above those of the noninteresting particle model by as much as a factor of 4, although excitation energies are only half again as great. The analytical form of the solutions is obtained and it is shown that every eigenstate is doubly degenerate due to the “pathological” nature of the one-dimensional Coulomb potential. This degeneracy is verified numerically by the finite-difference method. The properties of the square-well system are compared with those of the free-electron and hard-sphere models; perturbation and variational treatments are also carried out using the hard-sphere Hamiltonian as a zeroth-order approximation. The lowest several finite-difference eigenvalues converge from below with decreasing mesh size to energies below those of the “best” linear variational function consisting of hard-sphere eigenfunctions. The finite-difference solutions in general yield expectation values and matrix elements as accurate as those obtained using the “best” variational function.

The system of two electrons in a parabolic well is also treated by finite differences. In this system it is possible to separate the center-of-mass motion and hence to effect a considerable numerical simplification. It is shown that the pathological one-dimensional Coulomb potential gives rise to doubly degenerate eigenstates for the parabolic well in exactly the same manner as for the infinite square well.

Part II

A general method of treating inelastic collisions quantum mechanically is developed and applied to several one-dimensional models. The formalism is first developed for nonreactive “vibrational” excitations of a bound system by an incident free particle. It is then extended to treat simple exchange reactions of the form A + BC →AB + C. The method consists essentially of finding a set of linearly independent solutions of the Schrödinger equation such that each solution of the set satisfies a distinct, yet arbitrary boundary condition specified in the asymptotic region. These linearly independent solutions are then combined to form a total scattering wavefunction having the correct asymptotic form. The method of finite differences is used to determine the linearly independent functions.

The theory is applied to the impulsive collision of a free particle with a particle bound in (1) an infinite square well and (2) a parabolic well. Calculated transition probabilities agree well with previously obtained values.

Several models for the exchange reaction involving three identical particles are also treated: (1) infinite-square-well potential surface, in which all three particles interact as hard spheres and each two-particle subsystem (i.e. BC and AB) is bound by an attractive infinite-square-well potential; (2) truncated parabolic potential surface, in which the two-particle subsystems are bound by a harmonic oscillator potential which becomes infinite for interparticle separations greater than a certain value; (3) parabolic (untruncated) surface. Although there are no published values with which to compare our reaction probabilities, several independent checks on internal consistency indicate that the results are reliable.

Estudo comparativo da citotoxicidade de cimentos obturadores sobre culturas de células endoteliais da linhagem ECV 304

Este estudo teve como objetivo avaliar, in vitro, a citotoxicidade dos cimentos endodônticos Densell Endo, Pulp-Fill, Endofill, Sealer 26, Pulp Canal Sealer e GuttaFlow após 12, 24 e 72 horas de tempo de contato, utilizando-se uma linhagem de células endoteliais ECV-304. Para a avaliação da viabilidade celular, utilizou-se o teste de citotoxicidade MTT. Para cada cimento foram preparados 12 corpos de prova que foram distribuídos em seis grupos experimentais de acordo com as marcas comerciais, sendo quatro para cada tempo. Foi criado um grupo controle que não foi submetido à ação de cimento. Para avaliação do efeito dos cimentos sobre as células endoteliais, os corpos de prova foram inseridos nos poços da placa cultura, incubados a 37C em presença de 5% de CO2 e 100% de umidade. Os testes MTT foram realizados, em quadruplicata, após 12, 24 e 72 horas de contato das amostras com o tapete celular. Foi utilizada a prova Two-Way Anova com o teste Post Hoc de Bonferroni com nível de significância de 5%. Na análise de 12 horas, foi possível observar que o cimento GuttaFlow apresentou média de absorbância de 0,055, seguido do Sealer 26 (média = 0,038). Os cimentos Pulp Canal Sealer e Densell Endo apresentaram a mesma média de absorbância (0,031). O Pulp Fill e o Endofill foram os cimentos que apresentaram maior citotoxicidade (média de absorbância = 0,024 e 0,021, respectivamente). O grupo controle apresentou média de absorbância de 0,158. Em 24 horas observou-se que os cimentos GuttaFlow e Sealer 26 apresentaram as maiores médias de absorbância (0,041 e 0,037, respectivamente), seguidos pelo cimento Pulp Canal Sealer que apresentou média de absorbância de 0,035. Já os cimentos Densell Endo e Pulp Fill apresentaram médias de absorbância de 0,033 e 0,032, respectivamente. O cimento Endofill apresentou uma média de 0,026 e o grupo controle de 0,086. Quando analisados em 72 horas, o cimento Pulp Canal Sealer obteve média de absorbância de 0,049, seguido dos cimentos GuttaFlow e Pulp Fill, ambos com 0,048. Os cimentos Densell Endo, Sealer 26 e Endofill apresentaram respectivamente, médias de 0,044, 0,040 e 0,036. O grupo controle diferenciou-se significativamente de todos os grupos em todos os tempos. Quando analisadas as médias gerais de absorbância dos grupos analisados observou-se que o cimento GuttaFlow se apresentou como o cimento com menor índice de citotoxicidade, apresentando média de absorbência de 0,048. Logo após, apresentando médias de absorbância iguais (0,038) encontraram-se os cimentos Pulp Canal Sealer e Sealer 26; seguidos do Densell Endo e do Pulp Fill, com 0,036 e 0,035, respectivamente. O grupo controle apresentou média de absorbância de 0,098. Portanto, tendo como base os resultados obtidos, pôde-se concluir que o cimento Endofill foi o que apresentou maior citotoxicidade e o cimento GuttaFlow, o menos citotóxico.

Smooth Banach spaces and approximations

If E and F are real Banach spaces let C^p,q(E, F) O ≤ q ≤ p ≤ ∞, denote those maps from E to F which have p continuous Frechet derivatives of which the first q derivatives are bounded. A Banach space E is defined to be C^p,q smooth if C^p,q(E,R) contains a nonzero function with bounded support. This generalizes the standard C^p smoothness classification.

If an L^p space, p ≥ 1, is C^q smooth then it is also C^q,q smooth so that in particular L^p for p an even integer is C^∞,∞ smooth and L^p for p an odd integer is C^p-1,p-1 smooth. In general, however, a C^p smooth B-space need not be C^p,p smooth. C_o is shown to be a non-C^2,2 smooth B-space although it is known to be C^∞ smooth. It is proved that if E is C^p,1 smooth then C_o(E) is C^p,1 smooth and if E has an equivalent C^p norm then c_o(E) has an equivalent C^p norm.

Various consequences of C^p,q smoothness are studied. If f ϵ C^p,q(E,F), if F is C^p,q smooth and if E is non-C^p,q smooth, then the image under f of the boundary of any bounded open subset U of E is dense in the image of U. If E is separable then E is C^p,q smooth if and only if E admits C^p,q partitions of unity; E is C^p,psmooth, p ˂∞, if and only if every closed subset of E is the zero set of some C^P function.

f ϵ C^q(E,F), 0 ≤ q ≤ p ≤ ∞, is said to be C_p,q approximable on a subset U of E if for any ϵ ˃ 0 there exists a g ϵ C^p(E,F) satisfying

sup/xϵU, O≤k≤q ‖ D^k f(x) - D^k g(x) ‖ ≤ ϵ.

It is shown that if E is separable and C^p,q smooth and if f ϵ C^q(E,F) is C_p,q approximable on some neighborhood of every point of E, then F is C_p,q approximable on all of E.

In general it is unknown whether an arbitrary function in C¹(l², R) is C_2,1 approximable and an example of a function in C¹(l², R) which may not be C_2,1 approximable is given. A weak form of C_∞,q, q≥1, to functions in C^q(l², R) is proved: Let {U_α} be a locally finite cover of l² and let {T_α} be a corresponding collection of Hilbert-Schmidt operators on l². Then for any f ϵ C^q(l²,F) such that for all α

sup ‖ D^k(f(x)-g(x))[T_αh]‖ ≤ 1.

xϵU_α,‖h‖≤1, 0≤k≤q

Theoretical investigations of experimental gravitation

This thesis has two basic themes: the investigation of new experiments which can be used to test relativistic gravity, and the investigation of new technologies and new experimental techniques which can be applied to make gravitational wave astronomy a reality.

Advancing technology will soon make possible a new class of gravitation experiments: pure laboratory experiments with laboratory sources of non-Newtonian gravity and laboratory detectors. The key advance in techno1ogy is the development of resonant sensing systems with very low levels of dissipation. Chapter 1 considers three such systems (torque balances, dielectric monocrystals, and superconducting microwave resonators), and it proposes eight laboratory experiments which use these systems as detectors. For each experiment it describes the dominant sources of noise and the technology required.

The coupled electro-mechanical system consisting of a microwave cavity and its walls can serve as a gravitational radiation detector. A gravitational wave interacts with the walls, and the resulting motion induces transitions from a highly excited cavity mode to a nearly unexcited mode. Chapter 2 describes briefly a formalism for analyzing such a detector, and it proposes a particular design.

The monitoring of a quantum mechanical harmonic oscillator on which a classical force acts is important in a variety of high-precision experiments, such as the attempt to detect gravitational radiation. Chapter 3 reviews the standard techniques for monitoring the oscillator; and it introduces a new technique which, in principle, can determine the details of the force with arbitrary accuracy, despite the quantum properties of the oscillator.

The standard method for monitoring the oscillator is the "amplitude- and-phase" method (position or momentum transducer with output fed through a linear amplifier). The accuracy obtainable by this method is limited by the uncertainty principle. To do better requires a measurement of the type which Braginsky has called "quantum nondemolition." A well-known quantum nondemolition technique is "quantum counting," which can detect an arbitrarily weak force, but which cannot provide good accuracy in determining its precise time-dependence. Chapter 3 considers extensively a new type of quantum nondemolition measurement - a "back-action-evading" measurement of the real part X₁ (or the imaginary part X₂) of the oscillator's complex amplitude. In principle X₁ can be measured arbitrarily quickly and arbitrarily accurately, and a sequence of such measurements can lead to an arbitrarily accurate monitoring of the classical force.

Chapter 3 describes explicit gedanken experiments which demonstrate that X₁ can be measured arbitrarily quickly and arbitrarily accurately, it considers approximate back-action-evading measurements, and it develops a theory of quantum nondemolition measurement for arbitrary quantum mechanical systems.

In Rosen's "bimetric" theory of gravity the (local) speed of gravitational radiation v_g is determined by the combined effects of cosmological boundary values and nearby concentrations of matter. It is possible for v_g to be less than the speed of light. Chapter 4 shows that emission of gravitational radiation prevents particles of nonzero rest mass from exceeding the speed of gravitational radiation. Observations of relativistic particles place limits on v_g and the cosmological boundary values today, and observations of synchrotron radiation from compact radio sources place limits on the cosmological boundary values in the past.

半导体量子阱中传播效应对子带间拉比振荡的影响

通过求解麦克斯韦-布洛赫方程组，分别在存在传播效应和无传播效应两种情况下，研究了调制掺杂的半导体量子阱中子带间的拉比振荡。研究发现，与电子-电子之间的相互作用的非线性相比较，传播效应对拉比振荡的影响更大；在不考虑传播效应时，脉冲可以使量子阱中的电子实现一次完整的布居反转，但是当传播效应存在情况下，完全的粒子数反转已不能实现。另外，研究还发现通过改变载流子的密度可以改变传播效应所产生的影响。

Sistemas deposicionais aptianos da margem sudeste da Bacia Potiguar

A deposição aptiana da margem continental brasileira é caracterizada por dois elementos principais: 1) a presença de evaporitos (halita e/ou anidrita) num ambiente definido como lago-mar (de acordo com HSÜ, 1987); e 2) uma configuração tectonossedimentar do tipo sag. A chegada do mar às bacias, antes puramente continentais, é um evento que afeta toda a margem continental do Brasil, bem como tem ocorrência global. A sua presença nas bacias da margem equatorial , em particular, na Bacia Potiguar, possui um forte relacionamento com a existência de petróleo e gás (Bertani et al., 1989). A margem sudeste da Bacia Potiguar possui um razoável cobertura sísimica tanto 2D como 3D. As unidades estratigráficas compõe esta porção da bacia são a Formação Pendência, na base, a Formação Alagamar, a Formação Açu e no topo, a Formação Jandaíra. A Formação Pendência, na realidade mais um grupo do que formação, engloba as rochas depositadas na fase riftee da bacia (Della Favera et al., 1994). A Formação Alagamar envolve os sedimentos depositados no Aptiano, os quais estarão no foco deste trabalho; é formada por três membros: Upanema, Camadas Ponta de Tubarão e Galinhos (Della Favera, 1990). A Formação Açu, do Cretáceo Superior, separa-se discordantemente da seção da Formação Alagamar e é formada principalmente por arenitos fluviais. Esta formação transiciona para a Formação Jandaíra, denatureza carbonática, que constitui o topo da sequência sedimentar. Neste trabalho serão definidos os sistemas deposicionais e respectivos controles da sequência aptiana ao longo da borda sudeste da Bacia Potiguar a partir da identificação de eletrofácies e sismofácies. Sendo assim, nesta dissertação são mostradas as sequências de 3 e 4 ordem que representam, em conjunto, a Fm. Alagamar. Foram identificadas, em perfis elétricos de diferentes poços na área de estudo pelo menos 6 sequências de 4 ordem e 3 sequências de 3 ordem, que também foram identificadas em seções sísmicas arbitrária de direção SW-NE e SE-NW interligando os poços de etudo. A partir da análise dos dados e sequências identificadas, a reconstituiçãopaleoambiental apontou para ambiente de borda de lago (lago-mar) próxima a escarpa de falha, com depósitos de leques aluviais a delta de rios entrelaçados, praias com tempestitosareno-calcíferos, laguna salgada com formação de estromatólitos e eventuais solos carbonáticos. Sendo assim, as sequências de 3 ordem identificadas representariam cada um dos membros da Fm. Alagamar (Mb. Upanema, Mb. Ponta de Tubarão e Mb. Galinhos, da base para o topo). A correlação das sequências de 4 ordem identificadas pode ser aplicada no rastreamento de corpos arenosos, reservatórios de petróleo nessa porção da bacia.

Avaliação do potencial gerador da formação Tremembé, bacia de Taubaté, área de Pindamonhangaba e Moreira César-SP

O presente estudo aborda a caracterização faciológica e quimioestratigráfica do intervalo de folhelhos betuminosos da Formação Tremembé (Oligoceno da Bacia de Taubaté), bem como a avaliação econômica desses depósitos na região de Pindamonhangaba e Moreira César, SP. A partir da coleta sistemática de amostras de testemunhos do poço MOR-SP, foram determinados os teores de COT, S e RI, assim como dados de Pirólise Rock-Eval. Com base nesses dados seis unidades quimioestratigráficas(designadas de I a VI a partir da base) foram definidas no intervalo de cerca de 40 metros de espessura. Dados previamente estudados dos poços TMB-SP e PND-SP foram utilizados para correlação dessasunidades.Com base nos dados de Pirólise RockEval foi possível quantificar o volume de óleo potencialmente recuperável através do aproveitamento industrial dos folhelhos betuminosos. No intervalo mais promissor (unidades VI e V), compreendendo uma seção de cerca de 17 metros de espessura, o rendimento de óleo é de cerca de 25,7 milhões de barris por km2, na área do poço MOR-SP.Os dados obtidos apontam para uma importante jazida não convencional de folhelho betuminoso (oilshale), cujo aproveitamentoeconômico, se executado,requerirá, além de novas soluções tecnológicas, a implementação de ações de forma a minimizar os impactos sociais e ambientais de uma possível operação extrativa desse recurso.

Análise estratigráfica do campo de Pirapema na bacia da foz do Amazonas

A Bacia da Foz do Amazonas localiza-se no extremo noroeste da plataforma continental brasileira, mais precisamente na margem equatorial. Esta margem se distingue da margem leste brasileira, principalmente pela existência de esforços transtensivos que culminaram com a criação de falhas transformantes de direção E-W e, consequente, criação de bacias do tipo pull apart. Esta bacia ainda se difere das demais bacias brasileiras devido à existência de um expressivo pacote sedimentar depositado nos últimos 11 Ma., que pode chegar a mais de 10.000 metros de sedimentos. Tal feição, denominada Cone Amazônico, apresenta ainda um arcabouço estratigráfico pouco compreendido. Neste trabalho, buscou-se trazer novas perspectivas acerca do pacote sedimentar da bacia, com ênfase na análise estratigráfica dos ciclos progradacionais característicos de progradações deltaicas, bem como a distribuição de possíveis reservatórios siliciclásticos. A análise integrada de poços com as interpretações sísmicas possibilitou a confecção de detalhadas correlações estratigráficas para região do Cone Amazônico. Foram também realizadas importantes observações para as formações mais antigas que o Cone Amazônico como, por exemplo, a influência de intrusões ígneas nas formações Caciporé e Calçoene, atingindo até mesmo a Formação Limoeiro (sequência pós-rifte), bem como a presença de falhas normais relacionada à intumescência da feição ígnea, atingindo a plataforma carbonática. Esta bacia constitui uma fronteira exploratória, complexa em seus aspectos estruturais e estratigráficos, onde a interação de fatores como taxa de acomodação e variação do aporte sedimentar ainda não está totalmente compreendido.

An Evaluation of the area stratification used for sampling tunas in the eastern Pacific Ocean and implications for estimating total annual catches

The Inter-American Tropical Tuna Commission (IATTC) staff has been sampling the size distributions of tunas in the eastern Pacific Ocean (EPO) since 1954, and the species composition of the catches since 2000. The IATTC staff use the data from the species composition samples, in conjunction with observer and/or logbook data, and unloading data from the canneries to estimate the total annual catches of yellowfin (Thunnus albacares), skipjack (Katsuwonus pelamis), and bigeye (Thunnus obesus) tunas. These sample data are collected based on a stratified sampling design. I propose an update of the stratification of the EPO into more homogenous areas in order to reduce the variance in the estimates of the total annual catches and incorporate the geographical shifts resulting from the expansion of the floating-object fishery during the 1990s. The sampling model used by the IATTC is a stratified two-stage (cluster) random sampling design with first stage units varying (unequal) in size. The strata are month, area, and set type. Wells, the first cluster stage, are selected to be sampled only if all of the fish were caught in the same month, same area, and same set type. Fish, the second cluster stage, are sampled for lengths, and independently, for species composition of the catch. The EPO is divided into 13 sampling areas, which were defined in 1968, based on the catch distributions of yellowfin and skipjack tunas. This area stratification does not reflect the multi-species, multi-set-type fishery of today. In order to define more homogenous areas, I used agglomerative cluster analysis to look for groupings of the size data and the catch and effort data for 2000–2006. I plotted the results from both datasets against the IATTC Sampling Areas, and then created new areas. I also used the results of the cluster analysis to update the substitution scheme for strata with catch, but no sample. I then calculated the total annual catch (and variance) by species by stratifying the data into new Proposed Sampling Areas and compared the results to those reported by the IATTC. Results showed that re-stratifying the areas produced smaller variances of the catch estimates for some species in some years, but the results were not significant.

Reservatório de gás não convencional: história de caso na Bacia do Recôncavo - Brasil

O principal objetivo deste trabalho foi à realização de um estudo geológico sobre os folhelhos fraturados da Formação Candeias que ocorrem em diferentes partes da Bacia do Recôncavo, sendo enfatizadas suas principais relações com a acumulação de petróleo. Este trabalho contempla, ainda, uma revisão bibliográfica acerca da evolução da campanha exploratória nesta bacia, desde seus primórdios, na década de trinta, além de uma análise sob as perspectivas na área de exploração e produção. A Bacia do Recôncavo, situada na região Nordeste do Brasil, está inserida numa grande bacia tafrogênica (Rifte abortado Recôncavo-Tucano-Jatobá), originada nos momentos iniciais de ruptura do paleocontinente Gondwana ocidental, no Eocretáceo, sob os campos de tensões que produziram o Oceano Atlântico. Em termos estratigráficos, a bacia guarda um importante registro geológico, compreendido por depósitos continentais (lacustres, fluvio-deltáicos, neríticos, eólicos e leques aluviais), sendo subdividido em seis seqüências sedimentares, referentes aos estágios pré-rifte e rifte. As principais acumulações de petróleo na bacia podem ser agrupadas em três grandes sistemas: pré-rifte, rifte-Candeias e rifte-Ilhas, representando plays exploratórios distintos. As perspectivas futuras para a Bacia do Recôncavo devem considerar a importância da identificação de novos plays exploratórios, através da caracterização de novos intervalos geradores e reservatórios, como é o caso dos folhelhos fraturados e do shale gas. Não menos importante é o desenvolvimento de novas técnicas de produção, aumentando o fator de recuperação de campos produtores.